Цитата пользователя:
«DFR C4001 нормально определяет присутствие, но, похоже, он не может выводить несколько координат цели одновременно?»
(Источник: Форум Arduino )
Введение: Проблема отслеживания нескольких человек
В офисном управлении, умных домах, системах видеонаблюдения и мониторинге пожилых людей отслеживание нескольких целей в режиме реального времени является ключевым требованием. Однако, как сообщается, радары начального уровня в миллиметровом диапазоне часто обнаруживают только одну цель или состояние присутствия/движения, что затрудняет определение координат нескольких людей.
По данным Национального института стандартов и технологий (NIST) , радары с низким разрешением значительно увеличивают ошибки обнаружения, когда количество целей превышает 2–3. Это объясняет, почему многие разработчики сталкиваются с трудностями в реальных приложениях.
Более подробную информацию о радиолокационных технологиях можно найти на нашей странице, посвященной технологиям радиолокации миллиметрового диапазона .
Отслеживание одной цели и нескольких целей: технические принципы
Разделение доплеровского спектра
Радары миллиметрового диапазона измеряют расстояние до цели по фазовым изменениям в отраженном сигнале, а скорость — по доплеровскому сдвигу. Сигналы от одной цели чёткие, но сигналы от нескольких целей создают перекрывающиеся частотные спектры, что затрудняет обнаружение.
Ссылка: В труде IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques показано, что при относительной разнице скоростей менее 0,2 м/с недорогие радары (частота дискретизации < 5 кГц, один Tx/Rx) не могут надежно разделять пики для двух движущихся целей.
Микродопплеровский анализ
Микродопплерография улавливает детальные паттерны движений, такие как ходьба или взмахи руками. С помощью кратковременного преобразования Фурье (КПФ) теоретически возможно различить нескольких особей. Однако для этого требуются высокие частоты дискретизации (>10 кГц) и быстрые вычисления ЦОС, которые недорогие радары обычно не могут обеспечить.
Ограничения оборудования и прошивки
Узкое место в обработке DSP
В радарах начального уровня часто используются низкочастотные цифровые сигнальные процессоры Cortex-M. Типичные характеристики:
Частота дискретизации: 1–5 кГц
Разрешение по дальности: 0,5–1 м
Угловое разрешение: неточное
Эти ограничения приводят к перекрывающимся сигналам, потере целей и ошибкам координат в сценариях с участием нескольких человек.
Ограничения API
Некоторые радары выдают только данные о ближайшей цели или просто признак присутствия. Даже при использовании соответствующего оборудования доступ к нескольким координатам через API часто невозможен. Подробнее см. на странице продукта «Радар миллиметрового диапазона» .
Многоцелевые приложения и требования
Управление офисным пространством
Требование: мониторинг конференц-залов и открытых офисов в режиме реального времени.
Технические характеристики: разрешение по дальности < 0,3 м, разрешение по углу < 10°, поддержка ≥5 целей
Мониторинг пожилых людей
Требование: обнаружение падений и мониторинг активности
Характеристики: распознавание отдельных лиц, обнаружение микродвижений, задержка сигнала тревоги <1 с
Видеонаблюдение
Требование: отслеживать людей в общественных местах, на фабриках и в торговых центрах.
Характеристики: многоцелевые координаты, отслеживание плотной толпы, ложная тревога <5%
По данным Европейского института стандартов в области телекоммуникаций (ETSI) , недорогие одноцелевые радары достигают точности <70% в плотных средах, рекомендуя решения с высоким разрешением MIMO или многосенсорные решения.
Решения для отслеживания нескольких целей
Высококачественный MIMO-радар
Радары MIMO используют несколько передающих и приёмных антенн с формированием диаграммы направленности, что повышает пространственное и угловое разрешение для нескольких координат целей. Типичные характеристики:
Передающие антенны: 4–8
Приемные антенны: 8–16
Разрешение по дальности: 0,1–0,2 м
Угловое разрешение: 3–5°
Подходит для применения в сфере управления офисами, безопасности и здравоохранения. См. раздел «Высокопроизводительные радары MIMO» .
Слияние датчиков
Сочетание радара миллиметрового диапазона с инфракрасными датчиками, камерами или ультразвуковыми датчиками позволяет отслеживать несколько целей даже с помощью недорогого оборудования.
Алгоритмы: фильтр Калмана + ассоциация данных + микродоплеровский анализ
Преимущество: более высокая точность, снижение ограничений датчика
Эксперименты ETSI показывают, что сочетание радара и инфракрасного излучения может достигать точности обнаружения нескольких целей в 85–90%, что примерно на 20% выше, чем при использовании только радара.
Оптимизация программного обеспечения
Микродопплеровская классификация: различение паттернов походки
Кластеризация сигналов: разделение целей с помощью алгоритмов кластеризации
Прогнозирование траектории: оценка позиций с использованием исторических данных
Эти подходы частично эффективны в условиях низкой плотности движения, но ограничены в условиях интенсивного движения.
Заключение
Недорогие миллиметровые радары имеют явные ограничения при отслеживании нескольких человек из-за ограничений, связанных с цифровой обработкой сигналов (DSP) и API. Они подходят для обнаружения одной цели или присутствия/движения, но в сценариях с высокой плотностью объектов, таких как управление офисами, мониторинг пожилых людей и обеспечение безопасности, эффективны высокопроизводительные MIMO-радары или комплексные датчики.
Понимание принципов работы радаров, ограничений оборудования и требований приложений помогает разработчикам проектировать надежные системы слежения за несколькими людьми.
Часто задаваемые вопросы
В1: Могут ли недорогие радары обнаружить нескольких движущихся людей?
О: Они могут обнаруживать движение, но обычно выводят только «присутствие» или ближайшие координаты цели.
В2: Какие функции радара необходимы для отслеживания нескольких целей?
A: Высокое разрешение, антенные решетки MIMO, мощный DSP и поддержка многоцелевого API.
В3: Могут ли программные алгоритмы сами по себе обеспечить отслеживание нескольких целей?
A: Алгоритмы могут частично разделять цели, используя микродопплеровскую технологию или кластеризацию, но слияние датчиков более надежно.
В4: В каких сценариях достаточно недорогих радаров?
A: Простое обнаружение присутствия, отслеживание одной цели или мониторинг окружающей среды.